Gra w kolorowanie wykresów

Kolorowanka wykresów to gra matematyczna związana z teorią grafów . Problemy z kolorowaniem gier powstały jako teoretyczne wersje dobrze znanych problemów z kolorowaniem grafów . W grze w kolorowanie dwóch graczy używa określonego zestawu kolorów do skonstruowania kolorowania wykresu , przestrzegając określonych zasad w zależności od gry, którą rozważamy. Jeden gracz próbuje pomyślnie zakończyć kolorowanie wykresu, podczas gdy drugi próbuje mu to uniemożliwić.

Gra w kolorowanie wierzchołków

Gra w kolorowanie wierzchołków została wprowadzona w 1981 roku przez Bramsa i ponownie odkryta dziesięć lat później przez Bodlaendera. Jego zasady są następujące:

  1. Alicja i Bob kolorują wierzchołki grafu G zbiorem k kolorów.
  2. Alicja i Bob na zmianę kolorują odpowiednio niepokolorowany wierzchołek (w wersji standardowej zaczyna Alicja).
  3. nie można poprawnie pokolorować wierzchołka v (dla dowolnego koloru, v ma sąsiada pokolorowanego nim), wtedy wygrywa Bob.
  4. Jeśli wykres jest całkowicie pokolorowany, Alicja wygrywa.

Liczba chromatyczna gry , oznaczona przez , to minimalna liczba kolorów potrzebnych Alicji do wygrania gry w kolorowanie wierzchołków na . , dla każdego mamy chromatyczną χ ( sol \ Displaystyle i .

W artykule Bodlaendera z 1991 roku złożoność obliczeniowa została pozostawiona jako „ interesujący otwarty problem ”. Dopiero w 2020 roku udowodniono, że gra jest PSPACE-Complete.


Związek z innymi pojęciami

Barwienie acykliczne. Każdy wykres acykliczną liczbą chromatyczną ma .

Gra w znakowanie. Dla każdego wykresu , gdzie , } to numer kolorowania gry . Prawie każda znana górna granica liczby chromatycznej wykresów w grze jest uzyskiwana z granic liczby kolorowania gry.

Ograniczenia cyklu na krawędziach. Jeśli każda krawędź wykresu należy co najwyżej do , to .

Klasy wykresów

Dla klasy oznaczamy liczbę całkowitą \ taki, że każdy wykres . Innymi słowy jest dokładną górną granicą chromatycznej liczby wykresów w tej klasie. Ta wartość jest znana dla kilku standardowych klas grafów i ograniczona dla niektórych innych:

  • Lasy : . Znane są proste kryteria wyznaczania liczby chromatycznej gry lasu bez wierzchołka stopnia 3. Wyznaczenie liczby chromatycznej gry lasów o wierzchołkach stopnia 3 wydaje się trudne, nawet dla lasów o maksymalnym stopniu 3.
  • kaktusy : .
  • Wykresy płaszczyzny zewnętrznej : .
  • Wykresy planarne : .
  • Wykresy planarne danego obwodu : , , , .
  • siatki toroidalne: .
  • Częściowe k -drzewa : .
  • sol ) ω jest dla wykresu wielkości jego największej kliki .

Produkty kartezjańskie. Gra liczba chromatyczna iloczynu kartezjańskiego funkcją i . W szczególności liczba chromatyczna gry dowolnego pełnego wykresu dwudzielnego jest równa 3, ale nie ma górnej granicy dla dla dowolnego . Z drugiej strony liczba chromatyczna gry ograniczona powyżej funkcją i . W szczególności, jeśli i oba są co najwyżej , wtedy .

  • Dla pojedynczej krawędzi mamy:
  • Drzewa :
  • Koła : jeśli
  • Kompletne wykresy dwudzielne : jeśli

Otwarte problemy

Te pytania są nadal otwarte do tej daty.

Więcej kolorów dla Alicji

  • Załóżmy, że Alicja ma zwycięską strategię w grze kolorowania wierzchołków na grafie G z k kolorami. Czy ona ma jeden dla k+1 kolorów? Można by oczekiwać odpowiedzi „tak”, ponieważ posiadanie większej liczby kolorów wydaje się zaletą dla Alicji. Jednak nie ma dowodów na to, że to stwierdzenie jest prawdziwe.

  • Czy istnieje funkcja f taka, że ​​jeśli Alicja ma zwycięską strategię w grze kolorowania wierzchołków na grafie G z k kolorami, to Alicja ma zwycięską strategię na G z f(k) ? Relaksacja poprzedniego pytania.
Relacje z innymi pojęciami
  • Załóżmy, że monotoniczna klasa grafów (tj. klasa grafów zamkniętych podgrafami) ma ograniczoną liczbę chromatyczną gry . Czy to prawda, że ​​ta klasa grafów ma ograniczoną liczbę kolorów w grze ?
  • Załóżmy, że monotoniczna klasa grafów (tj. klasa grafów zamkniętych podgrafami) ma ograniczoną liczbę chromatyczną gry . Czy to prawda, że ​​ta klasa grafów ma ograniczoną arboryczność ?
  • Czy to prawda, że ​​monotoniczna klasa grafów ograniczonej liczby chromatycznej gier ma ograniczoną acykliczną liczbę chromatyczną ?
Zmniejszenie maksymalnego stopnia
  • Przypuszczenie: Czy lasem, istnieje taki, że istnieje i .
  • Niech klasą wykresów taką, że dla każdego istnieje takie, że i . Jakie rodziny grafów są w ?
hipersześciany

  • Czy to prawda, hipersześcianu Q_ Wiadomo, że jest to prawdziwe dla .

Gra w kolorowanie krawędzi

Gra w kolorowanie krawędzi , wprowadzona przez Lama, Shiu i Zu, jest podobna do gry w kolorowanie wierzchołków, z wyjątkiem tego, że Alicja i Bob konstruują odpowiednie kolorowanie krawędzi zamiast właściwego kolorowania wierzchołków. Jego zasady są następujące:

  1. Alicja i Bob kolorują krawędzie wykresu G zestawem k kolorów.
  2. Alicja i Bob na zmianę kolorują właściwie niepokolorowaną krawędź (w standardowej wersji zaczyna Alicja).
  3. Jeśli krawędzi e nie da się odpowiednio pokolorować (dla dowolnego koloru e sąsiaduje z krawędzią nią pokolorowaną), to Bob wygrywa.
  4. Jeśli wykres jest całkowicie pokolorowany krawędziami, Alicja wygrywa.

Chociaż tę grę można uznać za szczególny przypadek gry w kolorowanie wierzchołków na wykresach liniowych , w literaturze naukowej uważa się ją głównie za odrębną grę. Indeks chromatyczny gry , przez , Alicji do wygrania na .

Sprawa ogólna

Dla każdego wykresu sol , . Istnieją grafy osiągające te granice, ale wszystkie znane nam grafy, które osiągają tę górną granicę, mają mały stopień maksymalny. Istnieją wykresy z dla dowolnych dużych wartości .


Przypuszczenie. Istnieje , że dla dowolnego dowolnego wykresu χ . To przypuszczenie jest prawdziwe, gdy jest wystarczająco duży w porównaniu z liczbą wierzchołków w .

  • Arboryczność. Niech za będzie arborycznością wykresu . Każdy maksymalnym stopniu ma .

Klasy wykresów

Dla klasy oznaczamy najmniejszą liczbę całkowitą do taki, że każdy wykres ma sol . Innymi słowy, jest dokładną górną granicą indeksu chromatycznego wykresów w tej klasie. Ta wartość jest znana dla kilku standardowych klas grafów i ograniczona dla niektórych innych:

  • Koła : i , gdy .

  • Lasy : gdy i . Co więcej, jeśli każde drzewo w lesie ( 5 \ _ .

Otwarte problemy

Górna granica. Czy istnieje stała że dla każdego wykresu ? Jeśli to wystarczy

Hipoteza o dużych minimalnych stopniach. Istnieje i liczba całkowita taka, że ​​dowolny wykres z spełnia .

Gra w kolorowanie incydentów

Gra w kolorowanie częstości to gra w kolorowanie grafów, wprowadzona przez Andresa i podobna do gry w kolorowanie wierzchołków, z wyjątkiem tego, że Alicja i Bob konstruują właściwe kolorowanie częstości zamiast właściwego kolorowania wierzchołków. Jego zasady są następujące:

  1. Alicja i Bob kolorują częstości występowania grafu G zbiorem k kolorów.
  2. Alicja i Bob na zmianę odpowiednio kolorują bezbarwną instancję (w wersji standardowej zaczyna Alicja).
  3. Jeśli incydentu i nie da się odpowiednio pokolorować (dla dowolnego koloru i sąsiaduje z incydentem pokolorowanym nim), to Bob wygrywa.
  4. Jeśli wszystkie incydenty są odpowiednio pokolorowane, Alicja wygrywa.

Liczba chromatyczna gry występowania na przez to liczba kolorów potrzebnych Alicji do wygrania .

Dla każdego wykresu maksymalnym stopniu mamy .

Relacje z innymi pojęciami

  • (a,d) -Rozkład . Jest to najlepsza górna granica, jaką znamy dla ogólnego przypadku. Jeśli krawędzie wykresu na dwa zestawy, jeden z nich indukuje wykres z , drugi indukuje wykres o maksymalnym stopniu, a za
    . Jeśli ponadto , to .
  • Degeneracja. Jeśli jest 2 wykresem maksymalnym stopniu , . Co więcej, gdy i ja gdy .

Klasy wykresów

Dla klasy wykresów oznaczamy przez najmniejszą liczbę całkowitą taki, że każdy wykres z do ma ja .

  • Ścieżki : dla , .
  • Cykle : dla , .
  • Gwiazdy : dla , .
  • Koła : dla , . k , .
  • Podgrafy kół : Dla jest podgrafem jako W podwykres, to .

Otwarte problemy

  • górna dla ?
  • Czy liczba chromatyczna gry o incydencie jest parametrem monotonicznym (tzn. czy jest co najmniej tak duża dla grafu G jak dla dowolnego podgrafu G )?

Notatki

Referencje (porządek chronologiczny)